Orang buta tidak buta lagi…

“Aku ingin melihat dunia!”

            Maaf buat temen-temen pecinta ilmu fisika baru sempet menorehkan tinta di blok karena ada beberapa kesibukan yang membuat artikel ini baru bisa di tampilkan, selamat menikmati.

             Itulah jeritan teman-teman kita yang menderita karena kehilangan fungsi indera penglihatannya. Mata merupakan organ tubuh yang sangat penting. Begitu pentingnya sehingga ada ungkapan bahwa melalui mata kita dapat melihat kepribadian seseorang. Eye is the window to the soul! Banyak yang menyatakan bahwa mata tidak pernah bisa berbohong. Mata benar-benar merupakan jendela untuk melihat ke dalam diri dan jiwa manusia. Dan bukan itu saja! Mata juga merupakan jendela yang memungkinkan kita bisa melihat berbagai keindahan dunia ini. Lalu bagaimana kalau indera penglihatan kita itu rusak? Hilang jugakah harapan kita untuk terus menikmati warna-warni dunia?
              Mata kita menjalani serangkaian proses untuk dapat melihat. Proses ini mirip dengan proses yang terjadi dalam sebuah kamera saat digunakan untuk memotret. Gelombang cahaya masuk melewati sejumlah lensa kamera yang kemudian memfokuskan gambar yang kita potret serta memproyeksikannya ke permukaan film. Pada mata kita, yang berfungsi sebagai film adalah retina. Saat mata kita melihat suatu benda, mata kita menerima cahaya yang dipantulkan oleh benda tersebut. Cahaya masuk melalui lensa mata yang memfokuskan gambar dan memproyeksikannya ke retina yang terletak di belakang (Gambar 1). Retina merupakan lapisan sel-sel yang sangat sensitif terhadap cahaya. Bagian retina yang dapat menerima dan meneruskan detil-detil gambar disebut macula. Macula tersusun dari lapisan-lapisan sel yang dapat mengubah energi cahaya menjadi impuls elektrokimia. Informasi ini kemudian dikirim ke syaraf optik yang akan meneruskannya ke otak yang kemudian memprosesnya sehingga dapat mengenali gambar tersebut. Itulah cara kita melihat sesuatu.

             Sel-sel yang menyusun retina pada mata kita terdiri dari sel-sel berbentuk batang (rod), kerucut (cone), dan sel-sel ganglia. Total sel yang berbentuk batang dan kerucut bisa mencapai jumlah 125 juta sel. Semuanya berfungsi sebagai sensor cahaya atau photoreceptor. Rasio perbandingan rod dan cone bisa mencapai 18 banding 1 (rod lebih banyak dari cone). Rod merupakan sel-sel yang paling sensitif karena walaupun hanya ada sedikit cahaya (misalnya hanya ada satu partikel foton) sel-sel ini masih tetap dapat mendeteksinya. Sel-sel ini juga dapat memproduksi gambar hitam-putih tanpa memerlukan banyak cahaya. Cone baru berfungsi saat ada cukup cahaya, misalnya saat siang hari atau saat kita sedang menyalakan lampu yang terang di dalam ruangan. Cone berfungsi untuk memberikan kita detil-detil obyek beserta warnanya. Informasi-informasi yang diterima sel-sel rod dan cone ini kemudian dikirimkan ke sel-sel ganglia (ada sekitar satu juta sel) dalam retina. Ganglia inilah yang kemudian mengartikan informasi tersebut dan mengirimkannya ke otak dengan bantuan syaraf optik.Gangguan penglihatan umumnya disebabkan rusaknya fungsi rod dan cone.Kerusakan ini dapat berakibat buta sebagian sampai buta total. Kerusakan photoreceptor ini (biasanya keturunan) disebut Retinitis Pigmentosa (RP). RP dapat terjadi pada usia dini. Gangguan penglihatan lainnya yang juga sering terjadi adalah menurunnya fungsi macula disebabkan usia tua atau dikenal sebagai Age- Related Macular Degeneration (AMD). Photoreceptor yang mengalami degenerasi ini adalah retina bagian luar dan retina bagian dalam pada macula.Setelah diteliti ternyata RD dan AMD sama sekali tidak menyebabkan kerusakan pada ganglia maupun syaraf optik. Yang terserang hanya rod dan cone. Ini berarti bahwa jika kita bisa mengembalikan fungsi rod dan cone (sebagai photoreceptor) para penderita RD dan AMD masih memiliki harapan untuk bisa melihat kembali.

              Untuk mengembalikan fungsi rod dan cone ini kita memerlukan suatu alat tambahan yang bisa mengambil alih kerja rod dan cone. Ini berarti kita harus mengembangkan rod dan cone sintetik (buatan manusia) yang dapat dimasukkan ke retina sehingga dapat kembali mendeteksi cahaya yang masuk. Jika rod dan cone buatan ini berfungsi dengan baik, sel-sel ganglia yang masih tetap sehat tersebut bisa terus menjalankan fungsinya bersama syaraf optik untuk meneruskan informasi yang didapatkan oleh photoreceptor buatan itu ke otak. Penderita RP dan AMD yang tadinya buta sebagian ataupun buta total bisa mendapatkan
penglihatannya kembali. Padahal RP dan AMD merupakan penyebab utama kebutaan di negara-negara berkembang. Sekitar 30 juta penduduk dunia menderita RP dan AMD. Sampai saat ini belum ditemukan cara untuk menyembuhkan kerusakan sel-sel photoreceptor pada penderita RP dan AMD ini.

              Pada tahun 1988 Dr. Mark Humayun berhasil mengejutkan dunia saat ia menunjukkan bahwa seorang yang buta dapat melihat cahaya saat sel-sel ganglia pada retinanya diberi rangsangan listrik. Ini berarti bahwa sel-sel ganglia benar-benar masih sehat dan dapat berfungsi dengan normal walaupun photoreceptor sudah rusak.  Jadi walaupun kita masih belum bisa menemukan cara untuk menyembuhkan kerusakan sel-sel tersebut, kita masih dapat memberikan harapan bagi para penderita RP dan AMD untuk dapat melihat lagi dengan bantuan alat buatan yang bisa mengkonversi cahaya menjadi pulsa listrik. Saat ini sudah ada dua macam alat berupa microchip yang sedang dikembangkan. Yang pertama adalah Artificial Silicon Retina (ASR), dan yang kedua adalah Artificial Retina Component Chip (ARCC).

             ASR merupakan microchip yang bentuknya seperti koin mungil dengan diameter 2 mm. Microchip yang terbuat dari silikon ini lebih tipis dari sehelai rambut manusia. Ukuran mikroskopik ini sangat penting karena chip mungil ini harus bisa diselipkan pada retina tanpa merusak bagian-bagian lain pada mata.Ada dua syarat lain yang juga sangat penting dan harus dipenuhi chip mungil ini.Yang pertama adalah harus tersedianya sumber tenaga yang kontinu (terusmenerus) supaya chip dapat terus berfungsi dan mengembalikan penglihatan. Pada ASR sumber tenaganya berasal dari cahaya (misalnya cahaya matahari) yang masuk ke mata. Dengan demikian chip ini tidak lagi membutuhkan peralatan tambahan sebagai sumber energinya. Syarat yang kedua, chip ini harus cocok dengan jaringan-jaringan lain yang terdapat di mata (harus bersifat biocompatible) sehingga tidak menyebabkan terjadinya penolakan yang bisa berakibat fatal.Untuk dapat memasang chip ini para dokter bedah mata harus membuat sayatan kecil di lapisan retina bagian luar (Gambar 2) pada daerah macula. ASR kemudian dimasukkan sebagai implant di sayatan tersebut. ASR mengandung sekitar 3.500 sel mikroskopik yang bisa berfungsi seperti rod dan cone.

              ARCC merupakan microchip yang juga terbuat dari bahan silikon yang sangat mirip dengan ASR. Luas permukaan chip ini sekitar 2 mm2, dengan ketebalan 0,02 mm. ARCC mengandung sel-sel hotoreceptor yang langsung aktif saat ada cahaya yang masuk ke mata. Chip ini dipasang sebagai implant dibagian atas retina (tidak di tengah-tengah lapisan retina seperti ASR). Kedua alternatif microchip ini sama-sama menjanjikan kembalinya penglihatan, setidaknya kemampuan untuk melihat hitam dan putih (bukan detil warna). Chip mana pun yang dipilih oleh penderita yang tadinya sudah hampir kehilangan penglihatannya pasti dapat membantu mengembalikan harapan mereka untuk kembali melihat dunia.

Renang dengan fisika, mungkinkah?

            Suatu hari dalam diskusi fisika olahraga, seorang mahasiswa bertanya, pak kenapa dada perenang cewek kempes-kempes. Mahasiswa lain nyeletuk, kalau besar seperti punya Baywatch girl, kolam renang akan sesak. Semua yang hadir tertawa terbahak-bahak, ada ada saja. Walau tampak konyol,saya anggap ini pertanyaan bagus. Pertanyaan ini mendorong saya untuk menyelidiki lebih jauh hubungan antara fisika dan berenang.

              Apakah berenang butuh fisika? Kalau tanya para juara dunia renang, pasti mereka jawab, ya! Gimana nggak butuh, bayangin aja dalam waktu 40 tahun terakhir ini, fisika (dan teknologi) telah membantu memecahkan berbagai rekor dunia renang secara fantastis. Misalnya dalam lomba 100 meter, rekor dunia renang turun sebesar 7,36 detik (dari 55,2 detik tahun 1960 atas nama perenang Australia John Devitt ke 47,84 detik tahun 2000 atas nama perenang Belanda Pieter van den Hoogenband)! Bandingkan dengan lari 400 meter yang hanya turun sebesar 1,72 detik (dari 44,9 tahun 1960 Otis Davis Amrik ke 43,18 detik tahun 1999 Michael Johnson Amrik). Gimana sih fisika membantu para perenang ini? Ikuti tulisan ini yuk...

Gesekan atau Hambatan air

             Hal utama yang menghambat para perenang untuk berenang lebih cepat adalah hambatan air.Hambatan air ini sangat menghabiskan energi perenang,menyebabkan orang mengeluarkan tenaga 5 kali lipat lebih besar untuk berenang dibandingkan untuk berlari. Pertarungan tingkat dunia untuk memecahkan rekor berenang, sekarang lebih dititik-beratkan pada pertarungan bagaimana mengatasi hambatan air.

             Apa penyebab hambatan air? Hambatan air disebabkan pola aliran air (termasuk turbulensi, kocakan air akibat gerakan tangan atau kaki), ombak, dan gesekan permukaan tubuh dengan air. Untuk mengatasi hambatan air tampaknya kita harus berlajar dari lumba-lumba. Ikan yang sangat lincah ini mampu mengatasi hambatan hingga efisiensi 80-90%, padahal perenang terbaik dunia hanya bisa mencapai efisiensi 10%. Apa sih rahasia lumba-lumba? Bisa dicontek?Lumba-lumba punya bentuk tubuh yang ramping (streamline) sehingga tidak menghasilkan turbulensi seheboh yang dihasilkan gerakan renang manusia.Gb. 1a adalah gerakan yang laminar (mulus) sedangkan Gb.1b gerakan yang menimbulkan turbulensi (turbulensi ini menghambat gerakan maju).

           Untuk mengurangi turbulensi seorang akan berenang dengan tubuh sedatar mungkin dengan permukaan (Gb. 2a). Tetapi sayang cara ini mengurangi gerakan maju (karena tangan tidak terlalu bebas bergerak). Gb. 2b memberikan keleluasaan tangan untuk bergerak tetapi menimbulkan turbulensi. Seorang perenang profesional macam Matt Biondi, tahu bagaimana mengkombinasikan posisi tubuh dan gerak tangan sehingga dapat meluncur lebih cepat dan meraih 5 medali emas dalam olimpiade tahun 1988 di Seoul.

              Selain itu permukaan kulit lumba-lumba sangat licin sehingga gesekan dengan air juga sangat kecil. Pakaian renang Speedo menyontek konsep ini.Pakaian ini bisa mengurangi gesekan semaksimal mungkin (lintasan renang sejauh 100 m dapat dilalui 1 detik lebih cepat jika menggunakan pakaian renang ini). Bahkan untuk lebih lincah lagi bergerak di air, banyak perenang yang mencukur seluruh rambut tubuhnya (Wah, jadi botak dong!). Perenang cewek berusaha agar tubuhnya streamline (ramping) dan menjaga agar payudaranya tidak terlalu besar (payudara yang besar akan memberikan hambatan yang lebih besar...nah sekarang kan tahu jawaban pertanyaan mahasiswa di atas...)

             Suhu (temperatur) air kolam renang juga harus diperhatikan. Semakin dingin air, semakin kental dan semakin besar gesekannya (pengurangan suhu 5-6oC menyebabkan kekentalan air naik hingga 12%). Itu sebabnya kolam renang internasional menjaga temperatur airnya sekitar 25-27oC untuk mengantisipasi hal

ini. Hmm… hangat…!!!

Hukum Newton

                Mark Spitz perenang legendaris dari Amrik tahu menggunakan hukum Newton. Ketika Mark menggerakan tangan mendorong air ke belakang, menurut hukum Newton III air akan bereaksi mendorong Mark ke depan. Hal yang sama terjadi ketika Mark menendang air, air akan mendorong Mark melaju ke depan. Kombinasi yang baik antara gerakan tangan dan kaki (seperti lumba-lumba menggerakan ekor dan tubuhnya) dapat memberikan gaya dorong yang besar sehingga Mark Spitz dapat melaju merebut 7 medali emas olimpiade di Munich tahun 1972.

Gambar 3 Mark Spitz, berenang memakai fisika

             Hal lain yang berkenaan dengan Hukum Newton dilakukan oleh perenang hebat Australia Ian Thorpe yang dijuluki “the Australian superfish”. Saat hendak berbalik arah, perenang muda yang masih berumur 20 tahun ini, akan menendang dinding kolam sekeras mungkin. Ian yang meraih 6 medali emas dalam kejuaraan negara persemakmuran di Manchester 2002, tahu bahwa kalau ia menendang keras maka menurut hukum Newton III, dinding akan memberikan reaksi dan mendorong ia keras ke depan. Semakin keras ia menendang, semakin keras pula dorongan dari dinding itu. Ian diharapkan mampu memecahkan berbagai rekor renang dalam olimpiade 2004 nanti di Athena. Kenapa dinding tidak ikut bergerak ketika Ian menendang? Karena massa (berat) dinding kolam jauh lebih besar dari massa Ian.

Gaya Apung (Buoyancy)

             Saat seorang Janet Evans dari Amrik (pemegang rekor wanita 1500 meter gaya bebas, 15 menit 52 detik) berada dalam air, ia menyadari bahwa ia mendapat gaya ke atas (gaya apung). Gaya yang ditemukan oleh Archimedes ini disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan air (tekanan hidrostatik) antara bagian bawah dan bagian atas tubuh. Seorang Janet pasti tahu bahwa besarnya gaya apung ini tergantung pada berapa banyak bagian tubuhnya yang berada dalam air. Semakin besar volume tubuh yang berada dalam air semakin besar gaya apungnya.Seorang gendut umumnya lebih mudah terapung karena gaya apungnya lebih

besar (volume tubuhnya lebih besar karena kelebihan lemak).

             Gaya apung juga tergantung pada massa jenis (kepekatan) air. Semakin pekat air semakin besar gaya apungnya. Air di laut mati sangat pekat (massa jenisnya 1,166 kali lebih besar dari massa jenis air tawar), sehingga orang yang berenang di laut mati tidak akan tenggelam.

             Walaupun gaya apung tidak ada hubungan langsung dengan kecepatan renang, namun gaya apung dapat menghemat energi perenang (dengan gaya apung yang besar , perenang tidak perlu melakukan gerak ekstra untuk mempertahankan diri agar tetap terapung). Karena itu gaya apung sangat bermanfaat untuk mereka yang berenang jarak jauh. Itu sebabnya perenang jarak jauh umumnya agak gendut dan perlombaannya diadakan di laut seperti menyebrangi selat Inggris.

Terjun

Hal lain yang perlu diperhatikan perenang untuk memperbaiki rekor renangnyaadalah tehnik start.

             Seorang Alexandr Popov (pemegang rekor 50 m gaya bebas dengan 21,64 detik) memilih untuk

terjun ke kolam dengan sudut sebesar mungkin, pike dive (Gambar 4b). Gaya ini menyebabkan ombak yang dihasilkan tidak seheboh gaya terjun yang lama (datar, Gb.6a). Dengan pike dive ini tidak banyak turbulensi yang terjadi sehingga memperkecil hambatan. Selain itu, jarak yang bisa dicapai lebih jauh karena lompatan yang lebih tinggi dari flat dive (lompatan datar).

              Nah asyik kan melihat gimana para perenang memanfaatkan fisika untuk memecahkan rekor? Pemanfaatan fisika pada olahraga renang tidak stop sampai sini. Saat ini para pelatih renang meminta para fisikawan untuk meneliti sebenarnya mana yang lebih berperan besar dalam menambah kecepatan renang,

hukum Newton ataukah hukum Bernoulli. Penelitian juga diarahkan untuk meneliti berbagai konsep fisika dalam gerakan tubuh ikan dan mensimulasikannya sehingga diperoleh tehnik berenang lebih efisien. Kedepannya kita akan semakin sering menyaksikan bagaimana fisika memperbaiki rekor-rekor renang yang ada, tentunya tanpa bantuan steroid!

Berlayar di Angkasa

               Berlayar kok di luar angkasa? Bagaimana caranya? Apakah di luar angkasa yang sepi dan gelap itu ada cukup angin yang dapat mengembangkan layar seperti angin laut yang mengembangkan layar dan mengarahkan kapal-kapal laut? Nah, di sinilah kunci utamanya! Menurut fisika, berlayar di luar angkasa tidak mustahil! Tetapi konsep yang digunakan berbeda dengan konsep berlayar menggunakan kapal laut. Di luar angkasa yang luas itu, ‘kapal layar’ tidak mengembang dan meluncur dengan bantuan angin. Ada sesuatu yang lain yang membantu pelayaran di dunia asing ini.
              Satu perbedaan utama terletak pada layar yang digunakan. Kapal laut selalu menggunakan layar yang terbuat dari bahan kain yang cukup kuat untuk menerima terpaan angin selama berlayar. ‘Kapal layar luar angkasa’ justru menggunakan layar yang terbuat dari cermin! Kapal yang mengambang di ruang angkasa ini sama sekali tidak tergantung dari angin, tetapi justru sangat tergantung oleh cahaya yang dipancarkan oleh matahari. Karena itulah layar ini mendapat julukan solar sail (solar = matahari, sail = layar). Mau tahu cara kerja solar sail?
            Ada tiga hal yang sangat dibutuhkan supaya pesawat luar angkasa yang menggunakan solar sail bisa mengarungi jagad raya dengan mulus. Yang pertama dan yang paling utama adalah sinar matahari. Yang kedua adalah cermin yang sangat besar (luasnya bisa sebesar luas lapangan sepak bola!) tetapi sangat tipis.Yang ketiga adalah roket yang bisa digunakan untuk melemparkan pesawat ke orbit di luar angkasa. Sesudah diluncurkan dan berhasil keluar dari atmosfer bumi, roket ini dilepaskan sehingga pesawat bisa melayang sendiri dengan layarnya yang unik. Layar ini adalah cermin yang sangat luas tadi. Di luar angkasa, cahaya matahari dapat menyerbu cermin itu (Gambar 1).

             Sinar-sinar kuning pada Gambar 1 merupakan sinar matahari, sedangkan panah-panah biru menunjukkan lintasan-lintasan orbit pesawat. Panah merah menunjukkan arah gerak pesawat dan perubahannya akibat gaya tekan sinar matahari terhadap solar sail (cermin raksasa). Gambar 1-1 menunjukkan bahwa saat cermin berada pada posisi paralel dengan arah sinar matahari, Disini tidak ada
perubahan arah gerak, solar sail tetap pada orbitnya. Ini mirip dengan bumi yang tidak kenal lelah mengorbit mengelilingi matahari. Jika kita mengubah posisi cermin menjadi tegak lurus terhadap serbuan sinar matahari (Gambar 1-2), gaya tekan sinar matahari menyebabkan pesawat terdorong (dipercepat) menjauhi matahari (Gambar 1-3) sehingga pesawat mengelilingi matahari pada orbit baru (lingkaran biru yang besar). Jika posisi cermin diubah lagi sehingga sinar matahari menerpa bagian belakang cermin pada sudut tertentu (Gambar 1-4), tekanan yang dirasakan solar sail menjadi kecil (pesawat diperlambat) sehingga pesawat seakan ditarik mendekati matahari (orbitnya pindah lagi ke lingkaran yang kecil).

             Wah, bukankan itu berarti pesawat luar angkasa ini dikemudikan oleh sinar matahari? Tepat sekali! Posisi dan arah solar sail terhadap sinar matahari sangat mempengaruhi kecepatan dan pergerakannya di luar angkasa. Karena matahari tidak pernah berhenti bersinar, pasokan energi bagi pesawat pun semakin lama semakin banyak. Pesawat ini tidak membutuhkan bahan bakar karena bahan bakarnya adalah sinar matahari yang terus-menerus mendorongnya di luar angkasa. Semakin lama diserbu oleh sinar matahari (semakin banyak tekanan yang diterima cermin) semakin besar pula percepatan (dorongan) yang dihasilkan. Itulah sebabnya cermin yang digunakan sebagai layar harus berukuran super besar (Gambar2)!

               Semakin besar luas permukaan cermin, semakin banyak pula sinar matahari yang bisa diterima dan digunakan untuk mendorong pesawat luar angkasa masa depan ini. Inilah alasan utama NASA (National Aeronautics and Space Administration) mulai mengembangkan teknologi solar sail ini. Dengan menggunakan solar sail, pesawat luar angkasa yang dikirim untuk menjelajahi jagad raya yang sangat luas ini tidak lagi membutuhkan bahan bakar yang berat dan mahal seperti halnya pesawat luar angkasa yang selama ini digunakan. Ini merupakan penghematan yang luar biasa. Bahan bakar selalu merupakan masalah
utama semua misi NASA di luar angkasa. Semakin jauh jarak yang ingin dicapai pesawat luar angkasa konvensional, semakin banyak bahan bakar yang dibutuhkan untuk meluncurkannya. Semakin banyak bahan bakar, semakin besar ukuran pesawat yang dibutuhkan untuk menyimpannya. Ini berarti semakin berat pula beban yang harus dibawa pesawat. Semakin berat bebannya, semakin banyak bahan bakar yang dibutuhkan. Dengan kata lain, semakin mahal biaya yang dibutuhkan untuk menjalankan misi-misi ke luar angkasa ini! Dengan solar sail, pemakaian bahan bakar bisa dihilangkan sehingga pesawat pun lebih kecil dan lebih ringan. Atau, dengan berat dan ukuran pesawat yang sama, ada lebih banyak peralatan yang bisa dibawa karena ada banyak ruang yang dapat ditempati. Ini berarti penelitian bisa dilakukan dengan lebih efisien. Misi ke luar angkasa pun bisa mencapai jarak yang selama ini hanya bisa dimimpikan manusia. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai jarak yang sangat jauh pun bisa dipersingkat karena sinar matahari dapat mendorong pesawat sampai kecepatan lima kali lebih besar dari kecepatan roket konvensional. Bahkan pesawat yang menggunakan solar sail memang dikhususkan untuk menjalankan Deep Space Misions (petualangan menuju daerah yang sangat jauh, bahkan mencapai galaksi dan tatasurya lain).

              Karena sangat tergantung pada sinar matahari, solar sail tidak bisa langsung meluncur sendiri dari bumi dan melesat ke luar angkasa begitu saja. Itulah sebabnya diperlukan roket yang bisa meluncurkannya ke luar angkasa untuk mencapai posisi yang ideal untuk mulai menerima serangan cahaya matahari. Bahan-bahan konstruksi yang digunakan pun harus super ringan supaya sinar matahari dapat mendorong pesawat dengan lebih mudah. Bahan-bahan yang super ringan tetapi super kuat ini sedang gencar dikembangkan menggunakan nanoteknologi. Inilah sebabnya NASA begitu antusias akan perkembangan nanoteknologi. Dengan nanoteknologi, kita bisa membuat material yang memiliki karakteristik yang sesuai dengan keinginan kita karena kita bisa menyusunnya atom per atom. Karena itu, jika kita menginginkan material yang setipis satu helai rambut, tetapi memiliki kekuatan 100 kali lebih kuat dari baja, nanoteknologi dapat menyediakannya untuk kita. Karakteristik optik cermin yang digunakan pun bisa ditingkatkan karena kita bisa merancang struktur atom yang menyusun cermin itu supaya sesuai dengan kebutuhan kita.

            Pesawat luar angkasa masa depan yang dilengkapi solar sail ini akan menjadi mata bagi kita yang ingin mengintip jagad raya ini. Pesawat ini akan dilengkapi dengan berbagai kamera, peralatan elektronika, alat komunikasi, dan komputer yang sangat canggih sehingga dapat merekam dan melaporkan hasil intipannya itu kembali ke bumi. Para peneliti yang terus memantau perjalanan pesawat ini pun dapat ikut menikmati semua yang berhasil direkam oleh kamera-kamera tadi sepanjang perjalanan pesawat menembus galaksi, tanpa perlu
khawatir bahwa pesawat akan kehabisan energi.

Newton forgive me….

                Itu kata-kata Einstein saat teori yang dihasilkannya ternyata berhasil menggulingkan teori Isaac Newton, seorang fisikawan legendaris, yang teorinya dipercaya oleh dunia sebelum munculnya teori Einstein yang mengobrak-abrik semuanya. Albert Einstein membuat heboh dengan Teori Relativitas Khusus (The Special Theory of Relativity) yang ditelorkannya pada tahun 1905. Sebentar lagi, teori yang pernah mengagetkan dunia ini akan merayakan ulang tahunnya yang ke-100! Perayaan seabadnya (Centenary) teori si jenius Albert Einstein ini bisa dilihat dari ramainya majalah-majalah ilmiah yang mulai membahas kembali teori yang sudah mengguncang dunia selama seratus tahun ini. Tahun 2005 bahkan dicanangkan sebagai The World Year of Physics untuk mengenang kebesaran Einstein. Apa sih istimewanya teori ini? Koq seluruh dunia begitu heboh merayakan kelahirannya ini? Yuk, kita ikut dalam gosip seru tentang apa yang menjadi dasar lahirnya teori ini...

Seorang ahli matematika dari Perancis, Jules Henri Poincaré, pernah mengajukan perumpamaan berikut. Di suatu malam, kita sedang asyik tidur dengan lelap di tempat tidur kita yang nyaman. Tiba-tiba seluruh jagad raya mengembang sehingga ukurannya menjadi seribu kali lebih besar dari ukuran semula. Seluruh jagad raya ini maksudnya semua benda di bumi dan di luar bumi, mulai dari benda-benda mati sampai semua jenis makhluk hidup, termasuk kita sendiri yang sedang lelap tertidur. Karena kita sedang asyik bermimpi, kita tidak menyadari kejadian ini. Sewaktu kita terbangun di pagi harinya, apa kita bisa merasakan bahwa semuanya sudah menjadi lebih besar? Apa kita bisa merasakan perbedaannya? Kalaupun kita diberi tahu bahwa ada kejadian menghebohkan tersebut saat kita tertidur, apakah ada yang bisa membuktikannya? Pasti kita tidak merasakan perbedaan apa pun walaupun seluruh jagad raya kini sudah berubah ukurannya. Ini karena semuanya ikut berubah sehingga tidak ada satu pun yang bisa dijadikan patokan untuk mengukur terjadinya perubahan tersebut. Karena itu, kita juga tidak mungkin bisa membuktikan bahwa seluruh jagad raya ini kini telah menjadi seribu kali lebih besar. Semua terlihat sama. Lain halnya jika hanya tubuh kita yang tiba-tiba menciut menjadi sangat kecil (ingat film fiksi Honey, I Shrunk the Kids!), sedangkan seluruh jagad raya tetap pada ukurannya semula. Tidak ada satu pun yang berubah ukuran kecuali tubuh kita sendiri. Wah, sudah pasti kita langsung panik karena kita bisa langsung merasakan perbedaan itu. Kita langsung tahu apa yang terjadi karena kita bisa melihat bahwa sekeliling kita tiba-tiba tampak seperti raksasa. Baju yang kita pakai tiba-tiba kedodoran, dan cincin yang biasa melingkar manis di jari kita tiba-tiba tampak seperti lingkaran raksasa yang berat dan menyeramkan karena hampir jatuh menimpa tubuh kerdil kita itu. Tetapi, apakah itu berarti bahwa tubuh kita yang mengecil, atau sekeliling kita yang tiba-tiba membesar? Hmm... bingung juga ya!

             Bagaimana cara kita menentukan mana yang besar dan mana yang kecil? Apakah planet bumi yang kita tempati ini bisa disebut berukuran besar? Kalau dibandingkan dengan ukuran bola basket yang biasa kita mainkan di sekolah, tentu saja planet bumi ini tampak seperti bola raksasa yang sangat besar! Tetapi kalau kita bandingkan dengan matahari, planet bumi ini termasuk kecil! Jadi, yang mana yang benar? Besar atau kecil? Tidak ada yang benar, dan tidak ada yang salah! Itulah letak permasalahannya. Ukuran tidak bisa dinyatakan secara absolut. Untuk mengukur sesuatu kita perlu sesuatu yang lain sebagai perbandingannya. Ini berarti bahwa ukuran (orang fisika lebih senang menyebutnya sebagai: Length) selalu bersifat relatif, tidak ada yang mutlak berukuran besar ataupun kecil.

Sekarang kita coba lihat kasus lain. Masih ingat cerita si Kancil yang gesit dan lincah? Kancil bisa berlari sangat cepat. Tunggu dulu! Apa benar kancil itu cepat? Kalau dibandingkan dengan siput, sudah pasti si kancil terlihat sangat cepat. Kalau dibandingkan dengan juara olimpiade pun kancil masih terlihat sangat cepat. Tetapi kalau kita bandingkan dengan pesawat terbang, tentu saja si kancil jadi terlihat begitu lambat. Apa ini berarti pesawat terbang itulah yang cepat? Tidak juga! Kalau kita lihat roket yang meluncur ke luar angkasa, kita bisa langsung tahu bahwa roket itu jauh lebih cepat dari pesawat terbang biasa. Ini berarti, kecepatan pun merupakan sesuatu yang relatif. Kita juga bisa membuktikan ini saat kita sedang mengantar saudara kita yang akan pergi ke luar kota naik kereta api cepat. Sewaktu kereta mulai meluncur, kita melihat saudara kita itu melesat dengan cepat. Tetapi di dalam kereta itu sendiri, orang yang duduk di sebelah saudara kita itu melihat bahwa saudara kita itu duduk diam dan tenang di sebelahnya. Jadi, bagi kita yang sedang berada di luar kereta yang sedang meluncur itu, saudara kita memang terlihat bergerak dengan cepat. Tetapi bagi semuanya yang ada di dalam kereta, ia terlihat sedang diam. Jadi, waktu (Time) tidak mempunyai nilai absolut, sama seperti ruang (Space). Semuanya harus selalu dibandingkan dengan sesuatu yang bisa dijadikan patokan. Misteri inilah yang diutak-atik oleh otak jenius Einstein sehingga melahirkan teori relativitasnya yang terkenal itu. Semua hal yang tampak sebagai sesuatu yang absolut ternyata merupakan sesuatu yang relatif.

              Ada dua postulat dalam teori relativitas khusus ini. Yang pertama menyatakan bahwa semua hukum fisika yang berlaku di bumi, berlaku juga di seluruh jagad raya. Yang kedua menyatakan bahwa kecepatan cahaya di ruang hampa selalu konstan (sekitar tiga ratus juta meter per detik, atau sering ditulis dalam bentuk kerennya: 3.108 meter per detik). Postulat yang kedua ini menunjukkan bahwa bagaimanapun cara kita mengukurnya, kecepatan cahaya tidak pernah berubah. Apa pun patokan yang kita gunakan untuk mengukur kecepatan cahaya, di mana pun posisi kita saat mengukur, dan berapa pun kecepatan kita (apakah kita sedang bergerak atau sedang duduk diam) saat mengukur, kecepatan cahaya selalu konstan. Ini menunjukkan bahwa kecepatan cahaya merupakan satu-satunya yang bersifat absolut. Postulat yang pertama pun menyatakan bahwa kondisi ini selalu berlaku di mana pun juga. Ini berarti, jika kita mengukur kecepatan cahaya di galaksi lain, kita tetap mendapatkan hasil yang sama, yaitu tiga ratus juta meter per detik!

Postulat-postulat Einstein ini ternyata memberi dampak besar bagi dunia. Ia pernah mencoba menjelaskan efek yang dihasilkan dari teorinya ini dalam perumpamaan berikut. Misalnya ada sebuah kereta yang sedang meluncur cepat. Si A sedang duduk dengan tenang dalam salah satu gerbong kereta itu. Si B sedang berdiri diam di luar kereta dan mengamati kereta yang meluncur di depannya itu. Sewaktu gerbong kereta yang dinaiki si A meluncur tepat di depannya, tiba-tiba ada kilat menyambar di dua tempat yang berbeda. Kilat pertama menyambar 100 meter di sebelah kanan B, sedangkan kilat yang satunya lagi menyambar 100 meter di sebelah kiri B. Saat kedua kilat menyambar, posisi A tepat di depan B. Karena si B sedang berdiri diam di luar kereta yang sedang meluncur, si B melihat kedua kilat itu menyambar pada saat yang bersamaan. Tetapi lain halnya dengan si A. Si A yang sedang berada di dalam kereta yang meluncur cepat (ke arah kanan si B) melihat kedua kilat menyambar satu per satu. Kilat yang pertama terlihat lebih dulu, beberapa saat kemudian baru kilat yang kedua terlihat oleh A. Padahal jarak A terhadap kilat pertama dan kedua sama dengan jarak B terhadap kedua kilat itu. Perbedaan ini disebabkan bedanya kerangka acuan A dan B (frame of reference). Si A sedang ‘meluncur’, sedangkan si B sedang berdiri ‘diam’. Karena si A sedang bergerak menuju kilat yang pertama, tentu saja kilat yang pertama itu terlihat lebih dulu. A bergerak menjauhi kilat yang kedua, sehingga kilat yang kedua tampak menyambar sesudah kilat yang pertama. Bagi si B yang sedang diam dan tidak mendekati maupun menjauhi kedua kilat itu, keduanya tampak menyambar pada waktu yang bersamaan. Yang mana yang benar? Keduanya benar! Tidak ada yang salah. Karena itulah ini dinamakan relativitas. Semua bergantung pada kerangka acuan yang digunakan. Dan apa pun kerangka acuannya, hukum-hukum fisika yang sama selalu berlaku (postulat 1). Sekarang jika si A dan si B sama-sama diminta untuk menghitung kecepatan cahaya, apa hasilnya akan berbeda? Tidak! Walaupun si A sedang bergerak dan si B sedang diam, keduanya akan mendapati bahwa kecepatan cahaya tetap tiga ratus juta meter per detik.

Ada konsekuensi dari teori relativitas ini. Yang paling terkenal adalah mulurnya waktu dan kontraksi panjang. Mulurnya waktu, atau bahasa kerennya Time Dilation, ini maksudnya bahwa jika suatu jam bergerak dengan kecepatan tertentu, waktunya akan memuai (mulur). Misalnya ada seorang astronot yang membawa jam tangannya saat menjalankan misi ke luar angkasa. Pesawat luar angkasa yang membawanya meluncur sangat cepat. Jika kita, yang berada di bumi, punya teropong yang sangat sensitif dan bisa melihat ke dalam pesawat yang sedang meluncur cepat itu, kita bisa menggunakan teropong itu untuk mengintip jam tangan si astronot. Sebelum si astronot berangkat kita sudah menyesuaikan jam tangan itu dengan jam tangan yang kita gunakan di bumi. Aneh, di jam tangan si astronot yang sedang meluncur di luar angkasa itu koq lebih lambat dibanding jam tangan kita di bumi? Padahal sebelum ia berangkat kedua jam sudah dicocokkan dan si astronot tidak mengubahnya sama sekali sejak keberangkatannya itu. Jarum detiknya tampak bergerak lebih lambat dibanding jarum detik di jam tangan kita. Inilah yang disebut dengan waktu yang mulur saat bergerak pada kecepatan tinggi. Semakin besar kecepatan gerak suatu benda atau partikel, waktu akan berjalan semakin lambat bagi benda atau partikel tersebut! Tentu saja hal ini tidak dirasakan oleh si astronot. Menurut si astronot, jam tangannya tidak berubah kecepatannya, yang berubah justru kecepatan jam tangan kita di bumi yang tampak bergerak lebih cepat. Hal ini disebabkan segala sesuatu di dalam pesawat astronot bergerak lambat termasuk proses metabolisma tubuh, getaran atom dan sebagainya.

             Kontraksi panjang juga berkaitan dengan perbedaan kecepatan. Misalnya si astronot agak lelah, lalu mulai berbaring di tempat tidur yang sudah disediakan di pesawat luar angkasanya. Dengan teropong yang sama, kita bisa mengintip si astronot yang tidur berbaring itu. Aneh, sewaktu berbaring koq si astronot tampak lebih pendek? Sewaktu ia masih di bumi dan pesawatnya belum berangkat, ia tampak tinggi. Lebih aneh lagi, sewaktu ia sudah terbangun lagi dari tidurnya dan kembali berdiri, tiba-tiba ia kelihatan tinggi seperti biasa. Tetapi ia juga kelihatan lebih kurus saat berdiri! Ada apa ini? Apa ia menyusut sewaktu sedang tidur? Tentu tidak!  Karena ia sedang berada dalam pesawat yang meluncur cepat, saat ia tidur kita melihat panjang tubuhnya menciut (terjadi kontraksi panjang). Saat ia berdiri, kita melihat lebar tubuhnya menciut (juga merupakan kontraksi panjang). Ia sendiri tidak merasakan perubahan apa-apa di dalam pesawat. Nah, inilah serunya teori relativitas!

Tunggu dulu! Ada yang lebih seru lagi dari ini. The Twin Paradox. Apa itu? Misalnya kita pergi ke ruang angkasa menggunakan pesawat yang meluncur sangat cepat menjauhi bumi, dan kemudian kembali lagi ke bumi sepuluh tahun setelah pesawat lepas landas. Bagi kita yang berada di pesawat itu, kita hanya pergi selama satu tahun saja (karena adanya time dilation)! Jika kita punya saudara kembar yang menunggu kita di bumi, kita bisa melihat sendiri bahwa saat kita mendarat, kembaran kita (yang lahirnya bersamaan dengan kita) sudah 9 tahun lebih tua dari kita! Ini adalah salah satu akibat dari dilatasi waktu. Aneh tapi nyata!

            Teori relativitas khusus ini telah banyak digunakan oleh para fisikawan dalam menelorkan karya-karya hebatnya. Sudah banyak bukti-bukti yang menunjukkan kebenarannya. Inilah hebatnya Einstein! Ia menelorkan teori tersebut murni dari hasil pemikiran otaknya saja, tanpa ada bantuan dari siapapun. Ia tidak pernah berdiskusi dengan siapapun dan tidak pernah menjalankan percobaan apapun untuk mendukung teori ini. Tetapi ternyata teori ini justru terbukti benar saat beberapa fisikawan mencobanya dalam berbagai eksperimen. Teori Einstein yang menelorkan konsep kecepatan cahaya inipun membuat heboh dunia karena bertentangan dengan teori Newton. Menurut Newton, jika sebuah benda yang sedang bergerak akan terus bergerak pada kecepatan sama jika tidak ada gaya lain yang mempengaruhinya. Jika kita memberikan gaya tambahan (secara terus-menerus) pada benda yang bergerak itu, maka gerakannya akan terus dipercepat. Ini berarti kecepatannya terus bertambah sampai pada kecepatan tak hingga, asalkan kita terus memberikan gaya yang dibutuhkan untuk mempercepat benda itu. Einstein langsung menyatakan: “Newton, forgive me…” karena menurut Einstein ini tidak mungkin terjadi! Semakin besar kecepatan yang diinginkan semakin besar pula gaya yang harus diberikan. Untuk mencapai kecepatan cahaya, kita harus memberikan energi dalam jumlah yang tak hingga (infinite). Hal ini tidak mungkin bisa dilakukan karena energi hanya ada dalam jumlah tertentu (finite) sebagai akibat dari Hukum Kekekalan Energi (energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan). Jumlah energi yang tersedia tidak pernah bertambah sehingga kecepatan cahaya tidak mungkin bisa dicapai.

            Disamping Teori Relativitas Khusus, Einstein juga mengembangkan Teori Relativitas Umum (The General Theory of Relativity). Dalam teori ini Einstein memperhitungkan pengaruh gravitasi pada cahaya. Einstein menunjukkan bahwa lintasan cahaya akan mengalami pembelokan ketika berada dekat dengan benda-benda luar angkasa yang besar-besar itu.  Tahu nggak, teori ini berhasil lolos ujian yang amat sulit, yaitu ketika menentukan gerakan presesi dari perihelion orbit planet Merkuri.  Kemudian pada tahun 1919 ketika terjadi gerhana matahari total di teluk Guinea, Afrika sekelompok ilmuwan Inggris berusaha membuktikan adanya pembelokan cahaya bintang ketika berada dekat sekali dengan matahari seperti yang diramalkan oleh Teori Relativitas Umum Einstein. Para astronomer memfoto berbagai posisi suatu bintang tertentu ke arah matahari dan kemudian mengulangi 6 bulan kemudian. Ternyata ramalan Einstein benar! Saat itu Einstein menjadi sangat terkenal.

Hewan yang Jago Fisika

  
            Percaya nggak bahwa hewan‐hewan disekitar kita banyak menggunakan fisika?

             Sebut saja burung. Burung mempunyai sayap yang didesain secara sempurna, cocok untuk terbang. Bentuk sayap yang melengkung bersifat aerodinamis membuat udara dapat mengalir dengan lebih cepat di permukaan atas sehingga terjadi perbedaan tekanan udara antara sayap atas dan sayap bawah. Perbedaan tekanan udara ini mampu mengatasi gaya tarik gravitasi sehingga burung dapat terbang dengan mulus.
             Jika dari burung kita bisa mempelajari prinsip untuk terbang, kita juga bisa mengamati cara lepas landas bebek yang mendorong kakinya untuk menghasilkan tenaga jet sehingga memungkinkannya melesat ke udara. Dari ikan lumba‐lumba kita bisa mempelajari sistem navigasi. Sedangkan kelelawar memberi pelajaran pada kita tentang metode penggunaan radar.

            Kalau Anda melihat seekor ikan, pernahkah terlintas pertanyaan, mengapa ikan dikaruniai bentuk tubuh yang ramping? Itu untuk memudahkannya bergerak mengatasi hambatan air. Karenanya, kapal laut atau kapal selam pun memiliki bagian depan yang ramping dan kemudian melebar sesuai kebutuhan.
            Untuk belajar tentang beradaptasi dengan temperatur lingkungan di sekitar, kita bisa meneliti kehidupan beberapa hewan. Kelinci bertelinga panjang yang di Amerika dikenal dengan nama Jackrabbit sehari‐harinya memiliki ‘daerah kekuasaan’dengan temperatur permukaan tanah pada musim panas dapat mencapai 70oC.Untuk bertahan hidup, meskipun tidak pernah mempelajari hukum fisika Wien tentang proses radiasi termal di sekolah, Jackrabbit menerapkannya di sarangnya.

             Tentang material komposit, kita bisa belajar dari kulit kerang. Kulit kerang ternyata persis tembok rumah. Ada batu bata dan adukan semennya. Bedanya “batu bata” pada kulit kerang sangat tipis, sedangkan “semennya” setebal 10 nm atau 1 per 10 milyar meter. Tapi kekuatannya dua kali kekuatan keramik sintetis. Ini pernah menimbulkan inspirasi bagi peneliti dari Universitas Princeton untuk membuat bahan pelapis tank. Selain kulit kerang, kulit sejenis kumbang tertentu diam‐diam juga berteknologi canggih. Ketika dilihat dengan mikroskop elektron, kulit kumbang menunjukkan banyak kemiripan dengan komposit yang biasanya digunakan pesawat tempur. Bedanya, pada kompisit sintetis penyusun lapisan‐lapisan serat dilakukan
secara simetris. Sedangkan susunan serat pada kulit kumbang tidak simetris tetapi sangat teratur. Ada anggapan bahwa struktur yang tidak simetris bersifat labil dan mudah berubah, tapi ternyata kulit kumbang terbukti dapat menahan beban lebih besar dan lebih tahan banting. Jadi siapa yang lebih canggih? Manusia atau kumbang?

             Lalu, bagaimana dengan keajaiban‐keajaiban hewan seperti kucing yang dijuluki memiliki sembilan nyawa karena kalau jatuh dari tempat tinggi tulangtulangnya tidak rontok. Apakah kucing memiliki daya magis? Tentu tidak. Kucing menerapkan prinsip kesetimbangan dengan baik. Bagaimana dengan burung yang
bertengger di atas kawat listrik tetapi tidak tersetrum? Kedua kaki burung rupanya menginjak kawat yang bertegangan hampir sama sehingga hampir tidak ada beda potensial yang melewati burung, akibatnya arus yang mengalir ke tubuh burung kecil sekali. Hasilnya, Burung tidak menderita apa‐apa.

             Bagaimana dengan serangga yang mampu mengangkat beban berukuran atau berbobot ratusan kali lipat ukuran tubuhnya sendiri? Lebah misalnya, dapat membawa beban 300 kali beratnya sendiri. Artinya lebah sama kuatnya dengan manusia yang mampu mendorong 3 truk ukuran besar secara bersamaan! Kuncinya terletak pada perbandingan antara ukuran dan kekuatan otot‐otot tubuhnya. Perbandingan itu sangat besar daripada manusia karena perbedaan ukuran tubuh manusia dan serangga. Demikianlah, jika Anda pergi ke kebun binatang atau rekreasi ke pantai, kebun, taman, atau sekedar menghabiskan waktu di rumah dengan hewan kesayangan, jangan lupa amati bentuk dan struktur tubuh serta perilaku hewan.
Dengan begitu sebenarnya kita sudah mendapatkan kursus fisika. Gratis!

Perang Pakai Fisika, Gimana Caranya…

            Salah satu kebiasaan manusia yang dari dulu tidak hilang-hilang adalah perang. Berbagai cara dilakukan untuk memenangkan perang. Salah satunya adalah mengeksploitasi fisika untuk memenangkan perang (kasihan sekali fisika disalahgunakan....). Mau tahu gimana fisika diekploitasi? Ikuti ceritanya yuk...

Perang jaman dulu

             Jaman baheula (3000 tahun SM) orang berperang dengan menggunakan tombak, gada, panah dan lain-lain. Dalam membuat senjata-senjata perang, tanpa sadar nenek moyang kita ini menggunakan konsep fisika. Sebut saja tombak, ujung tombak dibuat selancip mungkin, karena menurut fisika semakin runcing
suatu benda, semakin besar tekanannya sehingga semakin mudah tombak itu menembus tubuh musuhnya. Melempar tombakpun membutuhkan fisika. Seorang yang melempar tombak harus tahu kira-kira dengan kecepatan berapa dan dengan sudut lontar berapa tombak harus dilemparkan agar tombak itu mengenai
sasarannya dengan tepat.Lain tombak, lain pula gada. Gada berhubungan dengan fisika ayunan.Untuk mendapatkan hantaman yang kuat, gada harus diayun secara cepat (dengan energi kinetik yang besar). Energi besar yang kita berikan pada gada ini dapat merusakkan kepala atau dada musuh (iih ngeri amat yah...).
Terus gimana dengan panah? Saat kita menarik tali busur, energi yang kita berikan disimpan dalam busur itu. Selanjutnya ketika anak panah dilepas, energi ini akan dipakai oleh anak panah untuk melesat cepat menuju sasaran... (ck...ck... hebat juga yah kemampuan fisika nenek moyang kita).

Perang Dunia I

            Dalam Perang Dunia I orang sudah mengenal berbagai senjata modern seperti senapan mesin, granat, pistol dan lain-lain. Senjata-senjata ini dikembangkan dengan menggunakan prinsip fisika supaya menghasilkan senjata yang lebih nyaman digunakan dan lebih efektif untuk memenangkan perang.

            Senapan mesin, misalnya, sudah digunakan sejak tahun 1914. Waktu itu senapan mesin ini masih sangat primitif. Bayangkan saja, berat senapannya saja bisa mencapai 40-60 kg! (berat amat...) Biasanya senapan ini diletakkan di tripod (penopang kaki tiga) dan dioperasikan oleh setengah lusin operator. Repot sekali ya! Disamping itu senapan ini mudah menjadi panas. Kalau sudah panas, senapan-senapan mesin ini jadi tidak bisa digunakan lagi. Karena itu biasanya sederetan senapan mesin dibariskan berdekatan supaya bisa menembak secara bergantian. Pada waktu itu para fisikawan diminta untuk menyempurnakan desain awal senapan mesin ini, misalnya dengan memasang sabuk berisi air pendingin untuk mencegah pemanasan yang terlalu cepat, dan mengganti material yang digunakan dengan bahan yang lebih ringan. Yang lebih pintar dan canggih fisikanya punya kesempatan lebih besar untuk memenangkan perang.

Senapan mesin pasukan Rusia

Perang Modern

                Perang modern (termasuk Perang Dunia II) lain lagi ceritanya. Perang ini jelas-jelas disebut sebagai perang fisika. Pada saat Perang Dunia II perkembangan fisika sedang hebat-hebatnya dan aplikasinya sangat membantu desain persenjataan dan mesin perang modern, dari penemuan teknologi radar sampai pembuatan bom atom dahsyat yang meledakkan Hiroshima dan Nagasaki.

             Teknologi radar (radio detection and ranging) lahir sejak awal abad ke-20, tetapi perkembangannya baru mulai terasa pada tahun 1930-an dengan ditemukannya beberapa alat pendukung seperti alat pemancar dan penerima sinyal, modulator (untuk menciptakan pulsa mikrodetik), dan tabung sinar katoda (itu lho tabung yang ada dalam televisi...) untuk menampilkan hasil yang diterima. Prinsip dasar radar sangat sederhana. Mula-mula radar memancarkan gelombang radio, kemudian gelombang ini akan dipantulkan oleh benda yang akan dideteksi. Nah gelombang pantul akan diterima oleh stasiun penerima untuk ditampilkan dalam layar monitor. Posisi benda dapat ditentukan dari lamanya sinyal tersebut merambat kembali ke stasiun penerima, begitu juga bentuk dan ukurannya.

Cara kerja E-8 JSTARS: Sinyal radar dipancarkan ke tank musuh(1).

Hasil pemantauan radar dikirim ke tank dan pesawat tempur (2) serta kapal perang (3).

              Dalam perang modern, Radar dipakai untuk mengintai pesawat-pesawat musuh yang menyelinap untuk melakukan serangan pada malam gelap. Musuh yang tadinya mau memberi serangan kejutan malah dikejutkan karena pasukan yang akan diserangnya justru sudah siap menyambut kedatangannya! Pada Perang

Teluk, Amerika menggunakan E-8 Joint Surveillance Target Attack Radar System (E-8 JSTARS) yang bisa mendeteksi sasaran dari ketinggian 12,5 km dengan luas sasaran 43500 km2.

            Para ahli perang pada Perang Dunia II sadar bahwa teknologi radar saja tidak mampu memenangkan perang. Untuk memenangkan perang harus dihasilkan suatu mesin perang yang dahsyat. Maka dibujuklah para fisikawan untuk membuat bom atom yang dahsyat. Ada fisikawan yang menolak tetapi ada pula fisikawan yang terbujuk karena ingin menghentikan kejahatan Hitler. Ernest Orlando Lawrence, pemenang Nobel Fisika tahun 1939, Oppenheimer, Feynman dan beberapa fisikawan lain bersedia membuat bom dari inti atom uranium (U-235). Ketika inti atom U-235 ditembak oleh netron maka dihasilkan suatu reaksi

berantai yang menghasilkan energi yang sangat dahsyat dan mampu menghancurkan kota Hiroshima dan Nagasaki.

Ledakan Bom Atom di Nagasaki

Teknologi Stealth, Laser, dan Infra Merah

                 Dalam perang teluk tahun 1991, Amerika memunculkan suatu teknologi baru Stealth. 

Stealth memantulkan gelombang dari Antenna.

            Teknologi stealth diilhami oleh Sun Tzu seorang jenderal perang yang sangat hebat strategi perangnya pada zaman Cina kuno. Menurut Sun Tzu semua perang adalah pengelabuan (all war is deception). Kalau mau menang perang kita harus pandai mengelabui musuh. Salah satu cara untuk mengelabui musuh adalah

membuat pesawat kita tidak terdeteksi radar. Caranya adalah dengan membuat pesawat stealth dari bahan yang dapat menyerap sebagian besar gelombang radar.Dan dimuka pesawat dibuat segitiga-segitiga lancip yang dapat memantulkan sisa gelombang yang tidak terserap, menjauhi antenna radar. Karena tidak ada

gelombang yang kembali ke pemancar radar maka pesawat tidak akan terdeteksi oleh radar.

Pesawat stealth Bird of Prey yang lincah dan bisa ‘menghilang’

            Walaupun sudah cukup canggih, teknologi stealth ternyata punya juga kelemahan. Pesawat stealth yang ada sekarang ini masih bisa terbuka kedoknya saat hujan turun (partikel air hujan menyingkapkan bentuk pesawat yang tidak terlihat itu) atau dengan menggunakan perbandingan sinyal handphone (sinyal handphone yang tiba-tiba hilang menunjukkan bahwa di dekat sana ada pesawat stealth yang menyerap sinyal itu). Sampai sekarang Amerika masih terus memperbaiki kelemahan pesawat itu. Disamping teknologi Stealth, para fisikawan juga diminta untuk membuat senjata perang dengan teknologi laser dan infra merah. Misalnya F-117A Nighthawk yang diselimuti teknologi stealth merayap di angkasa dalam kegelapan malam, mengintai dengan bantuan sensor infra merah dan menjatuhkan bom yang diarahkan dengan laser. GBU-28 Bunker Buster yang mampu menembus markas lawan di bawah tanah dan meledakkannya dengan bom yang juga diarahkan oleh laser sehingga tepat pada sasarannya.

Cara kerja GBU-28 Bunker Buster: Sinar laser ditembakkan ke target (1). Pesawat

melepas bom pintar (2). Sinar laser yang dipantulkan target akan dideteksi oleh bom pintar (3) dan

mengarahkan bom pintar ini untuk menghancurkan gudang persenjataan musuh di bawah tanah

(4,5).

            Mesin Perang ‘Mematikan’ yang Tidak Mematikan Satu perkembangan mesin perang terbaru adalah diciptakannya E-Bomb,suatu bom berbahaya yang tidak membunuh manusia. Wah yang ini pasti seru...

gimana cara kerjanya? E-Bomb merupakan bom yang menggunakan teknologi High Power Microwave (HPM) yang dirancang untuk menghancurkan peralatan-peralatan elektronik tanpa membunuh manusia. Melalui induksi elektromagnetik, alat ini mampu menghasilkan arus hingga puluhan juta Ampere dengan puncak energi mencapai puluhan juta Joule! Dahsyat! Petir saja hanya menghasilkan arus sebesar 30000 Ampere!

            Pihak militer Amerika menggunakan e-bomb ini untuk menembus markasmarkas bawah tanah, yang letaknya tepat di bawah fasilitas umum seperti rumah sakit yang tidak mungkin dibom atom, dengan menggunakan pipa-pipa pembuangan, saluran bawah tanah, dan kabel-kabel, supaya tidak membahayakan

kehidupan penduduk di atasnya. Sasarannya hanya peralatan elektronik yang pastinya akan hancur dan tidak berfungsi lagi jika terkena arus sebesar itu. Jadi bom ini sama sekali tidak mematikan manusia, tetapi mematikan elektronika yang menjadi tulang punggung mesin-mesin perang. Nah sebenarnya cerita tentang mesin perang ini masih panjang sekali. Banyak senjata-senjata pemusnah yang lebih seram seperti bom hidrogen atau bom nuklir yang kekuatannya ratusan kali bom Hiroshima dsb. Ngeri deh melihat bagaimana

fisika diekploitasi untuk membunuh manusia dan memenangkan perang. Jika fisika terus menerus diekploitasi seperti ini maka hal yang sangat mengerikan sedang menanti kita semua, seperti apa yang dikatakan Einstein: "I know not with what weapons World War III will be fought, but World War IV will be fought with

sticks and stones." Tetapi sebaliknya jika fisika diarahkan ke arah yang positif maka dunia akan semakin sejahtera. Benarlah seperti apa yang dikatakan oleh William Gibson, “I think technologies (or physics) are morally neutral until we apply them. It’s only when we use them for good or for evil, that they become

good or evil”.

Atraksi Fisika di Udara

            Sekumpulan burung Pelikan, Camar dan Angsa terbang indah di udara. Suatu atraksi udara yang sangat menakjubkan! Ada rasa iri yang dapat dimengerti saat manusia menyaksikan pertunjukan ini. Ternyata semua akal budi dan kepandaian manusia belum dapat menyaingi kemampuan burung yang dapat terbang dengan mulus dan sempurna tanpa menggunakan alat bantu mesin‐mesin besar yang mengeluarkan suara bising yang memekakkan telinga seperti pesawat‐pesawat ciptaan manusia. Apa rahasianya? Bagaimana burung bisa terbang, mengalahkan semua keterbatasan akibat berat tubuh mereka dan gravitasi bumi? Mereka bahkan selalu terbang sebagai kawanan burung yang dengan kompak menjelajahi udara dengan gerak‐gerik yang indah. Kalah kompakkah manusia?

Seekor pelikan sedang beratraksi di udara

              Atraksi terbang burung‐burung di udara ini ternyata melibatkan ilmu fisika. Ada 4 jenis gaya yang terlibat dalam atraksi udara tertua ini.
1. Drag Force, yaitu gaya hambat udara. Gaya ini berasal dari tumbukanmolekul‐molekul udara dengan tubuh burung. Arah gaya ini selalu berlawanan dengan arah gerak burung. Sedangkan besar gaya ini sangat tergantung pada luas permukaan burung dan kecepatan burung. Semakin luas permukaan burung semakin besar gaya hambatnya. Semakin cepat burung bergerak semakin besar pula gaya hambatnya ini.Suatu ilustrasi yang dapat menggambarkan drag‐force (hambatan) udara ini adalah hambatan yang dirasakan saat kita berjalan melawan arah angin yang kencang. Hambatan ini semakin terasa besar ketika kita membuka lengan kita lebar‐lebar (memperluas permukaan tubuh kita)atau ketika kita bergerak lebih cepat.

2. Lift Force (gaya angkat) merupakan gaya yang mengangkat burung ke atas. Ada 2 hal yang dapat menimbulkan gaya angkat ini: kepakan sayap dan aliran udara yang lewat sayap. Ketika burung mengepakkan sayap ke bawah, burung menekan udara ke bawah, akibatnya udara akan menekan balik dan mendorong burung ke atas (hukum aksi‐reaksi). Semakin cepat kepakan sayap, semakin besar gaya keatasnya. Itu sebabnya burung merpati yang hendak terbang akan mengepakan sayapnya secara cepat. Burung yang berat seperti Kori Bustard dari Afrika tentu harus mempunyai otot dada yang kuat sehingga mampu mengepakan sayap lebih cepat untuk mengangkat tubuhnya yang gembrot itu (19 kg). (Karena ototnya keras, daging Kori Bustard keras....kurang enak dimakan).

Aliran udara pada sayap burung

Pada gambar digambarkan aliran udara ketika melewati sayap. Udara yang mengalir lewat bagian atas sayap akan bergerak lebih cepat karena udara ini harus menempuh lintasan yang lebih jauh. Akibatnya tekanan dibagian ini lebih kecil dibandingkan dengan tekanan udara dibawah sayap.Perbedaan tekanan ini memberikan gaya angkat pada burung. Semakin melengkung (semakin aerodinamis) sayap semakin besar gaya angkatnya.

3. Thrust (gaya dorong) yaitu gaya yang mendorong burung bergerak maju.Gaya ini dihasilkan melalui kepakan sayap yang bergerak seperti angka 8 rebah (dilihat dari samping). Kepakan sayap menghasilkan suatu pusaran udara (vorteks) yang dapat memberikan suatu dorongan bagi burung untuk bergerak maju di udara. Besar‐kecilnya gaya dorong ini sangat tergantung pada kekuatan otot terbang.

4. Weight (gaya berat) yaitu gaya tarik gravitasi bumi. Besarnya sangat tergantung pada massa burung. Arahnya vertikal ke bawah.

Gaya‐gaya pada burung yang sedang terbang

Kombinasi ke 4 gaya ini dimanfaatkan burung untuk melakukan berbagai atraksi seperti parachutting (gerak parasut), gliding (meluncur), flight (terbang ke depan), dan soaring (membubung) (pintar yach burung‐burung ini....)

Parachuting (gerak parasut)
Gerak parasut merupakan gerak jatuh di udara (bisa miring bisa pula vertikal). Sudut miringnya lebih besar dari 450 terhadap garis mendatar. Untuk melakukan gerak parasut, burung rajawali harus memperbesar gaya hambatnya (drag force) caranya adalah dengan memperbesar luas permukaannya (misalnya dengan
melebarkan sayapnya).
Gliding (meluncur)
Gliding (meluncur) yaitu gerak jatuh yang membentuk sudut lebih kecil dari 45°dengan garis mendatar. Fokus utama dalam gliding adalah meluncur semendatar mungkin. Ini dilakukan dengan memperkecil gaya hambat udara. Dalam melakukan gliding burung Fulmar dapat menempuh jarak mendatar 8,5 meter tetapi hanya turun 1 meter saja. Burung pemakan bangkai (Vultures) lebih bagus lagi, burung ini dapat menempuh jarak  Mendatar 22 jarak meter dengan turun hanya 1 meter.
Flight (terbang)
Gerakan flight (terbang) dilakukan dengan mengepakkan sayap. Kepakan sayap digunakan untuk Menghasilkan gaya dorong ke depan (thrust) dan gaya angkat (lift). Gaya dorong dan gaya angkat ini dapat diatur oleh burung untuk mengendalikan arah, kecepatan, dan ketinggiannya (ternyata otak burung cukup
cerdas untuk menghitung fisika he...he..he.....). Ketika burung hantu turun dengan kecepatan tinggi untuk menangkap tikus, burung hantu mengecilkan drag force dengan merampingkan tubuhnya atau menekuk sayapnya. Ketika sudah dekat dengan mangsanya (akan mendarat), burung hantu memperlambat gerakannya dengan memperbesar drag force yaitu dengan mengembangkan sayapnya (wuiii ...hebat sekali ilmu fisika
burung hantu ini...)
Soaring (gerak membubung)
Gerak membubung merupakan gerak naik tanpa mengepakkan sayap. Gerakan ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan arus udara. Akibat pemanasan matahari suhu udara yang dekat permukaan bumi menjadi lebih panas, udara panas ini akan naik ke atas dan menimbulkan arus udara ke atas. Arus udara inilah yang dimanfaatkan oleh burung rajawali untuk membubung tinggi tanpa perlu mengepakan sayapnya yang besar (hemat energi lho...). Burung camar atau burung albatros, lain lagi. Untuk membubung, burung camar memanfaatkan arus udara yang dipantulkan oleh permukaan air laut. Itu sebabnya burung camar selalu berada dekat‐dekat dengan permukaan laut.
Parade Burung Terbang
Pernah lihat angsa atau burung terbang bermigrasi (berpindah tempat)? Angsa ini umumnya terbang berkelompok membentuk suatu parade yang sangat indah, jarang ditemukan angsa terbang jauh sendirian. Selain untuk meningkatkan keamanan terhadap serangan predator, kebersamaan itu juga mengurangi resiko tersesat di jalan saat melakukan migrasi jarak jauh. Dalam melakukan migrasi dari satu tempat ke tempat lain angsa‐angsa ini memanfaatkan medan magnetik bumi sebagai penunjuk arah. Dalam melakukan parade, angsa‐angsa ini seringkali membentuk formasi seperti huruf V (gambar 4). Angsa yang paling depan (pemimpin) merupakan pembuka jalan yang harus bekerja keras “memecah” hambatan udara, sehingga
angsa dibelakangnya dapat bergerak lebih mudah. Ketika pemimpin ini lelah, temannya segera menggantikan posisinya (wah ternyata angsa tidak egois ...nggak mau enak sendiri). Dalam formasi huruf V ini gerakan angsa‐angsa dalam kawanan ini sangat sinergi sehingga mereka tidak perlu keluar tenaga terlalu besar (pemakaian energi lebih efisien) untuk melakukan perjalanan yang jauh (wah tampaknya kita harus belajar dari angsa dalam bekerja sama...). Angsa‐angsa ini tampak kompak sekali, seakan‐akan tidak pernah ada
yang salah arah. Sebenarnya berbagai kesalahan arah terbang tetap terjadi, hanya saja kesalahan itu dapat dengan cepat dileburkan sehingga tidak terlihat mempengaruhi arah terbang kawanan. Pada gambar 4, sekumpulan angsa sedang bergerak ke arah utara. Jika satu angsa menyimpang dari posisi (1) ke posisi (2) lalu ke posisi (3) dan (4), maka angsa‐angsa lain akan berusaha menyesuaikan diri (dengan memperhatikan aliran udara dan kondisi udara disekitarnya) sedemikian sehingga terjadi perubahan posisi tetapi arah gerak
kawanan tetap tidak berubah yaitu tetap ke arah utara. Eh tahu nggak... konsep perubahan posisi ini dapat diterapkan dalam ilmu manajemen modern lho. Menurut konsep ini jika ada seorang mempunyai ide yang dapat menyimpangkan arah perusahaan tetapi menguntungkan perusahaan itu, orang ini tidak akan dikucilkan. Teman‐temannyalah yang akan menyesuaikan diri sedemikian sehingga misi dan visi perusahaan tetap tidak berubah, walaupun mungkin posisi teman‐temannya itu bisa berubah (wah keren... belajar dari angsa).

Formasi terbang kawanan burung

            Memang asyik mengamati gerakan‐gerakan burung. Ternyata dalam ilmu fisika kita harus banyak belajar dari burung. Begitu indah dan mempesonanya atraksi fisika yang mereka pertontonkan di udara selama jutaan tahun sehingga rasanya kita ini tidak ada apa‐apanya.

Parade Fisika Binatang Laut

             Ikan-ikan laut terlihat nyaman berenang kesana-kemari, menikmati indahnya dunia air. Lumba-lumba dengan gembira mempertontonkan keahliannya berakrobat di dalam air sambil sesekali muncul di permukaan dan mengundang decak kagum semua yang menyaksikan atraksinya. Ikan hiu dan paus berlombalomba
menjadi yang paling ditakuti di kerajaan air dengan bermodalkan ukuran tubuh yang sangat fantastis. Betapa menakjubkannya pemandangan indah dunia laut, betapa asyiknya menikmati tontonan fantastis yang diperlihatkan binatangbinatang laut. Dan satu lagi yang sering tidak disadari, betapa berlimpahnya pelajaran yang bisa diambil dari aktivitas-aktivitas binatang laut, terutama pelajaran yang berkaitan dengan fisika.
              Hal pertama yang paling jelas kaitannya antara binatang laut dengan konsep-konsep fisika adalah kemampuan berenang yang sangat baik yang dimiliki oleh binatang-binatang laut. Bentuk tubuh ikan-ikan laut dirancang sedemikian rupa supaya mereka dapat berenang dengan cepat dan mudah. Bentuk ramping yang disebut streamline ini menjadi begitu populer dan banyak ditiru oleh manusia dalam berbagai kreasi teknologi, seperti desain kapal selam.
             Penguin dan paus tidak akan pernah tenggelam tanpa perlu berenang sama sekali, sedangkan lumba-lumba dan hiu harus terus berenang supaya tidak tenggelam ke dasar laut. Konsep fisika yang dapat menjelaskan fenomena ini adalah buoyancy (adanya gaya keatas). Binatang laut yang memiliki massa jenis lebih besar dari massa jenis air akan tenggelam ke dasar laut, sedangkan binatang yang memiliki massa jenis lebih kecil dari massa jenis air akan terapung. Banyak ikan laut yang memiliki massa jenis yang hampir sama dengan massa jenis air laut sehingga mereka dapat melayang. Massa jenis binatang laut banyak dipengaruhi oleh jumlah udara yang terperangkap di paru-paru, bulu-bulu, maupun sirip berenang. Semakin banyak udara yang dapat ditampung semakin besar volume binatang sehingga massa jenisnya semakin kecil. Manusia umumnya tetap tidak bisa terapung walaupun sudah menghirup napas sebanyak mungkin, karena massa jenisnya masih lebih besar dari massa jenis air.

         Kemampuan berenang ini ternyata masih dilengkapi lagi dengan berbagai kemampuan fantastis yang dimiliki binatang-binatang laut untuk menunjang kehidupan mereka di dunia air. Salah satu yang paling menarik dan banyak ditiru oleh manusia adalah bioelectricity (aktivitas elektrik pada makhluk hidup). Paus biru dapat berkomunikasi satu sama lain menggunakan gelombang infrasonik yang sangat canggih. Lumba-lumba memiliki sistem ultrasound dengan kekuatan empat kali lebih besar dari teknologi ultrasound manusia. Hiu dapat mendeteksi perubahan terkecil gelombang listrik dan elektromagnetik yang biasanya disebabkan oleh adanya organisme lain (termasuk manusia) di laut sekitarnya. Hiu macan (tiger sharks) memiliki alat yang dapat mendeteksi gelombang listrik (electroreceptors) yang terletak di sekitar mulutnya. Electroreceptor yang sangat sensitif ini mampu mendeteksi sampai 5x10-12 Volt. Tubuh manusia yang berenang di laut (juga berbagai binatang lain) menyebabkan terjadinya perubahan gelombang listrik (perubahannya sangat kecil). Air laut yang mengandung garam (elektrolit) menghantarkan sinyal-sinyal listrik ini sehingga dapat dideteksi oleh
electroreceptor hiu. Saat itu juga hiu dapat mengetahui keberadaan calon mangsanya tersebut dan langsung memulai serangan untuk mendapatkan makanan.

               Lumba-lumba dan paus biru sangat sensitif terhadap suara dan mampu mengeluarkan dan mendeteksi suara pada frekuensi sepuluh kali lebih besar dari frekuensi suara yang dapat didengar manusia (frekuensi ultrasonik). Kemampuan ini digunakan untuk bernavigasi di dunia laut yang gelap (echolocation),

menangkap mangsa, dan berkomunikasi dengan kawanannya (paus biru bahkan mampu menggunakan gelombang infrasonik yang memiliki frekuensi sangat rendah untuk berkomunikasi dengan sesamanya). Lumba-lumba memancarkan gelombang suara frekuensi tinggi yang kemudian memantul pada tubuh
mangsanya. Gelombang pantulan ini diterima kembali oleh lumba-lumba dan diproses sebagai informasi tentang lokasi, jarak, kecepatan, arah, dan ukuran mangsa yang diincarnya tersebut. Lumba-lumba bahkan bisa melihat gambar mangsa tersebut. Sistem sonarnya bahkan dapat melakukan penetrasi pada tubuh
mangsanya sehingga dapat melihat gambar kerangka tulang dan mendengar detak jantungnya. Hal ini sama dengan sistem ultrasound yang digunakan di dunia kedokteran untuk melihat kondisi janin dan mendengar detak jantung manusia.
             Jadi, lumba-lumba dapat melihat janin yang masih dikandung tanpa sinar-X dan alat USG yang digunakan manusia!Binatang laut yang berukuran kecil pun ternyata mampu mengeluarkan gelombang listrik yang sangat besar. Salah satunya adalah belut listrik (electric eel) yang dapat memancarkan sengatan listrik yang mampu membunuh seekor kuda. Siapa yang pernah menyangka bahwa binatang sekecil itu dapat membunuh binatang lain yang ukurannya berpuluh-puluh kali lebih besar?

             Ternyata binatang-binatang laut yang tampak tenang dan tidak berbahaya pun tidak dapat diremehkan kemampuannya. Semua itu bisa terjadi karena fisika. Setiap hari binatang-binatang laut ini terus mempertontonkan atraksi menarik bagaikan parade fisika di dunia laut yang indah. Manusia sudah sering dan akan terus belajar dari kehidupan di bawah laut yang mempesona ini. (Yohanes Surya)

Makin Murah dengan Komunikasi Optik

Serat optik sangat penting dalam bidang komunikasi. Karena bisa menjadi alternative, selain kabel dan kawat tembaga. Kini di berbagai tempat. Serat kaca tipis menggantikan kabel tembaga yang besar dan mahal untuk membawa ribuan sambungan telepon secara simultan. Di sebagian besar pesawat udara. Sinyal kendali diberikan pilot kepada permukaan kendali dengan peralatan yang menggunakan serat optik. Sinyal berjalan dalam modulasi sinar laser. Tidak seperti listrik, cahaya tidak dipengaruhi temperatur dan perubahan medan magnet, sehingga sinyal tersebut lebih jelas di terima. Selain itu, sangat kecil kemungkinannya untuk ditangkap oleh pihak mata-mata/musuh. Serat optik pertama kali diteliti pada tahun 1966.

Sinar X dapat menembus jaringan tubuh tetapi tidak dapat menembus tulang sehingga sinar X sering di gunakan untuk memotret posisi tulang atau bagian tubuh yang mempunyai kelainan. Sinar X sangat berperan dalam mendapatkan informasi tentang mikroskopi atom dan molekul seperti penentuan struktur molekul .

Bising

Tingkat kebisingan yang sangat tinggi, misalnya suara pesawat terbang dan    mesin- mesin pabrik atau lalu lintas  di kota kota besar merupakan sumber polusi suara yang dapat mengakibatkan ketulian, stress, tekanan darah tinggi, dan kesulitan tidur yang dapat membahayakan kesehatan manusia. 

Tahukah kamu bahwa mesin fotokopi memanfaatkan sifat elektrostatis? Dokumen asli yang akan difotokopi diletakkan

terbalik di atas kaca. Cahaya lampu yang cukup kuat menghasilkan muatan negatif pada pelat silinder yang menyebabkan area kertas kopian menjadi bermuatan. Bubuk tinta bermuatan positif akan menempel pada area ini

sehingga dihasilkan kopian dokumen yang diinginkan

pergeseran wien..

Jika suatu benda padat dipanaskan, benda tersebut akan   mamancarkan radiasi kalor dalam bentuk spektrum gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda. Pada suhu yang lebih tinggi akan terdapat radiasi inframerah yang tidak dapat dilihat tetapi dapat dirasakan panasnya. Teori gelombang elektromagnetik dari Maxwell menjelaskan bahwa muatan listrik berosilasi dapat menghasilkan gelombang elektromagnetik. Teori tersebut juga menjelaskan bahwa benda-benda menjadi panas disebabkan oleh osilasi dari muatan listrik dari molekul-molekul benda itu. Pernyataan tersebut hanya dapat menjelaskan asal radiasi, tetapi tidak dapat menjelaskan tentang spektrum yang dipancarkan oleh sebuah benda panas sehingga tidak bisa menjelaskan tentang radiasi dari benda hitam.

permata

Seperti namanya, permata adalah sejenis batu yang terdiri daripada karbon pekat. Ia terbentuk jauh di dalam bumi yang mengalami tekanan kuat menyebabkan atom-atom karbon membentuk kristal.

Batu berbentuk kristal itu terkeluar ke permukaan bumi akibat letusan gunung berapi dan ia boleh ditemui di dalam batu-batu gunung berapi yang dikenali sebagai ‘kimberlite’ dan ‘lamproite’.

Batu permata disifatkan oleh masyarakat dunia sebagai sangat berharga kerana ia adalah batu yang paling keras di bumi ini.

Pada abad ke-16 manusia tidak pernah terfikir bahawa batu permata mempunyai kilauan dan cahaya yang cantik.

Apabila saintis menyedari kegunaan cahaya barulah mereka mengetahui bahawa batu permata mempunyai kilauan dan cahaya yang terang.

Kelajuan cahaya dalam batu permata ialah 186,000 sesaat tetapi ia akan bergerak perlahan kira-kira 80,000 batu sesaat apabila melalui rintangan.

Cahaya batu permata boleh terbias dan terpantul serta terpecah menghasilkan warna-warna pelangi, yang menyebabkan ia berkilauan.

Bagaimanapun kilauan batu permata sebenarnya bergantung kepada cara ia dipotong atau dicanai.